周博士考察拾零（七十一） 寿光归来思考中国日光温室的发展方向

周博士考察拾零（七十一）寿光归来思考中国日光温室的发
展方向
周长吉
【摘要】从20世纪90年代以来,寿光的民间创新一直伴随着中国日光温室的发展,寿光创造的机打土墙结构日光温室以及各种规格的保温被、卷帘机等技术和产品早已风靡全国,寿光不仅是全国蔬菜的集散地,更是中国日光温室技术的试验场。

【期刊名称】《农业工程技术》
【年(卷),期】2017(037)022
【总页数】6页(P52-57)
【关键词】日光温室中国博士温室技术保温被墙结构卷帘机集散地
【作者】周长吉
【作者单位】农业部规划设计研究院,农业部农业设施结构工程重点实验室,北京100125
【正文语种】中文
【中图分类】S642.2
从20世纪90年代以来，寿光的民间创新一直伴随着中国日光温室的发展，寿光创造的机打土墙结构日光温室以及各种规格的保温被、卷帘机等技术和产品早已风靡全国，寿光不仅是全国蔬菜的集散地，更是中国日光温室技术的试验场。

记得来寿光考察学习已经不下五、六次了，但每次来都不同的收获。

2017年4月26～27日，借参加山东潍坊科技学院举办的第八届中华农圣文化国际研讨会的机会，笔者参观了一年一度的菜博会、寿光蔬菜产业集团科研和生产基地以及农户最新建设的大跨度日光温室和保温塑料大棚，梳理一下所见所闻，似乎在脑海中出现了中国日光温室未来发展方向的几根线条，分享给大家，请大家一起来研讨。

尽管在寿光的大地上满眼看到的还都是寿光五代机打土墙结构日光温室，但组装结构日光温室已经悄悄进入人们的视线，在菜博会的广场上2座模型温室（图1）就是最好的佐证。

事实上，由于占地面积大、建造土墙对土壤的破坏严重，机打土墙结构日光温室从其诞生的那天起就有各种反对的声音，但由于造价低、墙体保温储热性能好，这种形式温室还是得到了广大农户的欢迎，并在北方地区得到了大面积推广，也成为了大量学者的研究对象。

随着科学研究对日光温室被动储放热原理的不断深入，墙体和地面主动储放热的技术不断开发，减薄日光温室墙体，甚至完全取消日光温室储热后墙的呼声越来越大，各地也在不断研究和探索新型的建筑材料和相应的温室结构形式[1-5]，其中用完
全隔热的保温材料替代土墙或砖墙的做法似乎已经成为了温室墙体改造的主流，由此也产生了前屋面骨架、后屋面骨架和后墙立柱一体化的新型组装式日光温室结构（图1）。

在追随和引领中国日光温室发展的潮流中，始终也不缺少山东寿光人的身影。

除了在菜博会上看到的组装结构模型温室外，在参观山东寿光蔬菜产业集团的科技园中也看到了另外2种形式的完全组装结构日光温室。

一种是和传统日光温室外形完全相同的组装式结构，本文称之为直立后墙组装结构日光温室（图2）。

这种温室只是后墙和山墙采用保温板替代了传统日光温室的砖墙或土墙，温室结构的前屋面骨架、后屋面骨架和后墙立柱均采用矩形方管，单管
承力，三者连为一体，形成排架结构。

由于单管的承载能力有限，为提高温室结构的整体强度，室内设置了三排立柱（图2c），分别支撑在温室后屋面中部以及前屋面前部和中部。

为弥补温室缺失的墙体储热，在温室的后墙上安装了水循环主动储热板，以水为热媒，白天截取照射到温室后墙的光热并储存在地下的储热池中，夜间该储热板又作为散热器将白天储存在地下储热池中的热量释放回温室中，实现温室主动储放热，保证室内要求的作物生长温度。

此外，为了增强温室的保温性能，在传统日光温室外保温的基础上，室内还安装了二道保温幕，采用拉幕系统沿温室跨度方向控制保温幕的启闭，白天将保温幕紧密收拢到温室立柱的位置，尽量减少收拢保温幕对室内作物采光的影响，夜间展开保温幕，形成与屋面塑料薄膜之间的保温空间（图2c）。

从设备配置看，室内外保温相结合，温室的保温性能应该比传统的单一外保温日光温室更好。

另一种组装结构日光温室则称为斜立后墙组装结构日光温室（图3）。

该温室前屋面采用了传统的琴弦结构日光温室承力形式，但温室的后墙倾斜（图3a），并与温室前屋面骨架和后屋面骨架形成相互支撑，这种结构在一定程度上可减小后屋面骨架对墙体立柱的推力，从承力结构看，温室内只设置了一道立柱，前屋面骨架和后屋面骨架的主梁采用了传统的钢管-钢筋焊接桁架，副梁采用了单管圆管，并在前屋面骨架上沿温室长度方向铺设了钢丝琴弦（图3b）。

温室结构轻盈，室内立柱少，便于种植和作业。

虽然在寿光看到的几种组装结构日光温室可能还不能完全代表当前组装式日光温室的主流，但这种研究和探索至少代表了组装式日光温室结构的发展方向，值得行业内从事日光温室结构创新的同仁们关注和研究。

典型的寿光五代日光温室结构为下挖式机打土墙琴弦结构（图4），由于屋面拱杆多采用竹竿或单钢管，为增强屋面结构的承载能力，一般室内都设多排钢筋混凝土
立柱。

室内多柱，虽然保证了温室结构的整体强度，但却给室内作物种植和操作管理带来了诸多不便，为此，生产中人们开始采用各种措施来减少室内立柱，直至完全取消立柱。

在这次参观调研中也看到了寿光温室在这方面的研究进展。

图5a中所示的温室是在温室中部和后部设置了2排立柱，并用钢管代替传统寿光五代日光温室的钢筋混凝土立柱。

这种做法可显著减少立柱对作物采光的遮挡，也更便于室内作业和管理。

图5b中所示温室则更是将室内立柱减少到1排，并将这唯一的一排立柱设置在了紧靠温室后墙的位置，直接支撑温室后屋面，温室的种植区则完全没有立柱，室内作业空间大，机械化作业更加方便。

从图5a和图5b两种结构看，除了在立柱设置上的差别外，在前屋面骨架的布置
上也有很大不同。

图5a所示温室的屋面拱架采用了相同规格、间距1 m的桁架，组成排架结构承载屋面荷载，而图5b所示温室的屋面拱架则采用了主副梁结构，主梁采用桁架结构，副梁则采用单钢管，主梁间距3 m，相邻两榀主梁之间设置2道副梁，间距1 m。

由于单纯的主副梁结构承载能力较低，温室还沿用了传统的
琴弦结构模式，在温室的前屋面骨架上增设了沿温室长度方向的纵向钢丝协助承载。

从结构承载能力看，全桁架排架结构中间增加了立柱，而主副梁结构则完全取消了立柱，可见，琴弦结构对温室骨架承载力的提高是非常显著的，同时对减少温室结构整体用钢量也会有很大的贡献，设计中，在可能的条件下，尽量选用琴弦结构将具有非常显著的经济效益。

从图5c可以看出，对机打土墙的保护，寿光的种植者也想了很多办法，其中用无纺布覆盖后墙，并在墙体底部覆盖水泥板，既防水，又防墙体土层表面风化，是一种比较经济有效的土墙保护技术。

来寿光之前，笔者听说寿光农民已经建起了20 m跨日光温室，这次特意来一探究竟。

结果没有令我失望，在寿光蔬菜产业集团领导的带领下，我们很快就找到了农户自己建造的20 m跨日光温室（图6）。

从外观上看，这栋温室和传统的寿光五代机打土墙结构温室（图4）没有什么区别，只是加大了外形尺寸。

时至15:00，室外阳光灿烂，整个温室被一层黑色遮阳网覆盖（图6a）。

初见温室，笔者以为是种植食用菌的蘑菇棚，但进入室内看到的却
是一座实实在在种植番茄的日光温室。

该温室跨度（室内净跨）20 m，脊高7.5 m，室内多立柱，屋面琴弦结构（图6b），数数温室沿跨度方向的立柱，不包括
温室后走道靠墙的两排立柱，温室前屋面种植区的立柱共有7排（图7a），立柱
之间的间距约3 m，温室屋面完全依靠立柱支撑，从结构上看完全照搬了琴弦温
室的结构形式，没有任何创新。

但和种植农民的交流中得知，这种温室由于室内空间大，作业效率高，据说室内温度比传统跨度（9～10 m）的温室还要高。

我这才想起来温室前屋面室外还铺设有一层黑色遮阳网呢，原来遮阳网是用于温室降温的！再细看温室的通风系统，只有在屋脊位置设置了屋脊通风口，其他部位则看不到通风换气的任何窗口。

难怪种植者说这个温室的室内温度高呢。

我在不断思考，这么大跨度的温室仅靠屋脊一个通风口，一是温室的通风量是否足够；二是室内的通风能否均匀；三是夏季的降温能否达到作物种植的适宜温度。

实际上，这也正是这种温室当前存在的主要问题。

看来还是不要一味地盲目扩大温室的跨度为好，或者在追求大跨度时应配套合适的通风降温系统，以保证温室在室外高温季节的正常生产。

这种温室由于跨度大，虽然温室的总体高度也相应提高了，但屋面的总体坡度仍然是减小了，尤其表现在温室的屋脊位置处。

这对温室的排水、清雪以及保温被的卷放都会有影响。

为了解决温室屋脊处兜水的问题，设计者在温室前屋面后部，设置了加密的拱杆（图7b），加密杆从屋脊一直延伸到温室种植区内第2排立柱，每根杆的长度至少应在5 m以上。

这种方法对正常跨度的日光温室也同样有效，只
是加密杆的长度不需要那么长。

当然，在温室的屋脊通风口设置钢丝网或沿温室长度方向纵向加密钢丝等措施也是避免屋面兜水的有效方法。

但如果能够保证温室前屋面屋脊位置弧线切线的坡度达到10°以上，这种防兜水的措施则可以取消。

但要
保证温室屋脊部位的坡度，对大跨度温室，屋脊高度将会更高，相应造价也会更高，从经济上讲是否合理应进行具体论证。

日光温室除了墙体占用土地面积外，2栋温室南北之间的间距更是提高土地利用率难以逾越的障碍。

为此，当前的研究开始利用日光温室的储放热和高保温原理，采用塑料大棚的结构来达到温室的高效节能，并试图实现在一些地区的越冬蔬菜生产。

图8是这次在寿光菜博会上看到的塑料大棚外保温的展示模型。

但在寿光的农民
种植基地内笔者却看到了20 m跨保温塑料大棚（图9）。

这种塑料大棚屋脊南北走向，南部山墙和北部山墙均采用了日光温室后墙的做法，为机打土墙，温室屋面的承力体系也完全采用了日光温室琴弦结构的模式，室内立柱用钢筋混凝土独立柱，布置方式也完全沿用了琴弦式日光温室的形式。

可以说，农民只是把琴弦式机打土墙结构日光温室的建造方法完全移植到了塑料大棚上，从结构用材和承力形式上并没有任何的创新。

但由于改变了温室屋脊的走向，可大大减小温室之间的间距，从而也大幅度提高了土地的有效利用率。

该塑料大棚采用了2套卷帘机分别从大棚的2个侧面卷放保温被（如同相同屋脊
高度的阴阳型日光温室），并将2幅保温被平行卷放在大棚的屋脊部位。

由于白
天保温被卷放在大棚脊部，两幅保温被被卷及其两被卷之间固定平铺的保温被会在大棚的顶部形成一条宽度超过1 m的阴影带，虽然保温被南北走向放置不会在大
棚内形成固定阴影带，但过宽的活动阴影带对室内作物的生长还是有一定影响的。

为了避免这种阴影带的存在，有的企业在研究尝试保温被下卷式卷帘机，其工作原理和保温被上卷式基本相同，只是在保温被白天从屋面卷下后需要有一个放置的平台（图10），可能要增加一定投资，但这种做法能够完全避免保温被上卷式卷帘
机白天温室内由于屋脊停放保温被造成的固定阴影带。

该大棚的通风采用了和日光温室相同形式的屋脊通风形式，在保温被卷起的位置留出一定距离设置屋脊通风口（图9c），和大棚的两侧立墙进风口形成自然对流通
风系统。

由于塑料大棚的跨度较大，和前述20 m跨日光温室一样，夏季的通风量降温应该是其存在的主要问题。

事实上，在山东寿光农民试验实践外保温塑料大棚之前，国内的学者和科研单位早已经开始了这种尝试。

图11是笔者分别在北京通州和陕西杨凌走访过程中看到过的2种同类型塑料大棚，两者都采用了大跨度装配式塑料大棚结构，屋脊东西走向，北侧屋面冬季敷设永久保温被，但到了春秋季节则根据保温和采光需要部分或全部地打开北侧屋面保温被，增大温室的采光和通风。

图11所示2种温室的结构略有不同，一种为室内无立柱对称屋面结构（图11a），另一种则是室内有立柱非对称屋面结构（图11b），后者更是充分借用了日光温室采光性能好的特点，南
部屋面为大弧面，北部屋面为小弧面，温室的采光和保温性能更好。

外保温型塑料大棚的屋脊走向究竟是采用南北走向还是东西走向，山东寿光和北京、陕西给出了不同的答案（图9、图11）。

按照日光温室的采光和保温原理，外保
温塑料大棚的屋脊走向应该是东西走向，这样冬季严寒季节北侧屋面可以变成永久性保温屋面，如同日光温室的后墙和后屋面，而南侧屋面采光如同日光温室的前屋面。

但如果保温塑料大棚的屋脊走向为南北向（和传统的塑料大棚的屋脊走向相同），冬季大棚2侧的屋面保温被必须全部打开，或者上午东侧打开、西侧覆盖；中午全部打开；下午西侧打开、东侧覆盖；夜间屋面全覆盖。

这种管理要求比较精细，人工管理难度较大，最好配套自动控制系统，根据室外光照强度、室外温度和时间精准控制卷帘机的启闭。

但无论是人工控制，还是自动控制，大棚屋面的保温被总会影响采光和室内温度，在冬季室外气温较高的地区或许可以使用，但在冬季气温较低的地区，最好还是采用屋脊东西走向布置。

用外保温塑料大棚或者用多重内保温的塑料大棚，如果能够在冬季相对温暖的地区越冬生产叶菜，则这种大棚在一些地区有可能部分或全部代替日光温室（尤其在北方大都市郊区，如北京、石家庄等地），对于土地资源比较金贵的都市蔬菜生产基
地将会有广阔的市场推广前景。

[1]周长吉.周博士考察拾零(六十八)一种涤棉轻质保温材料覆盖墙体和后屋面的组装式日光温室[J].农业工程技术(温室园艺),2017,37(13):50-53.
[2]周长吉.周博士考察拾零(五十八)滑盖式日光温室[J].农业工程技术(温室园艺),2016,36(19):12-17.
[3]周长吉.周博士考察拾零(四十五)一种活动保温被覆盖透光后屋面的日光温室[J].农业工程技术(温室园艺),2015,35(16):24-26.
[4]周长吉.周博士考察拾零(四十一)一种用聚苯乙烯泡沫空心砖做围护墙体的日光温室结构[J].农业工程技术（温室园艺）,2015,35(1):22-25.
[5]周长吉.周博士考察拾零(五)草墙结构日光温室[J].农业工程技术(温室园
艺),2011,31(7):32-34.
【相关文献】
[1]周长吉.周博士考察拾零(六十八)一种涤棉轻质保温材料覆盖墙体和后屋面的组装式日光温室[J].农业工程技术(温室园艺),2017,37(13):50-53.
[2]周长吉.周博士考察拾零(五十八)滑盖式日光温室[J].农业工程技术(温室园艺),2016,36(19):12-17.
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[4]周长吉.周博士考察拾零(四十一)一种用聚苯乙烯泡沫空心砖做围护墙体的日光温室结构[J].农业工程技术（温室园艺）,2015,35(1):22-25.
[5]周长吉.周博士考察拾零(五)草墙结构日光温室[J].农业工程技术(温室园艺),2011,31(7):32-34. DOI: 10.16815/ki.11-5436/s.2017.22.007
[引用信息]周长吉.周博士考察拾零（七十一）寿光归来思考中国日光温室的发展方向[J].农业工程
技术,2017,37(22):52-57.。